[发明专利]用于轴向活塞开路泵的可变负载检测弹簧设置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年3月3日递交的美国临时申请第61/947,038号的权益。

技术领域

本发明涉及液压负载检测系统，并且更具体地，涉及用于非线性应用的液压负载检测系统。

背景技术

负载检测系统广泛地用于整个动力液压工业。这种系统的流行的主要原因之一是控制的简单性。通过正确地使用负载检测和压力控制，负载检测系统本质上典型地是被动式的，其看起来容易解析。在解析得出的方案和实际应用之间的差异在于选择合理的参数，例如间隙、阀轴面积轮廓等。这些参数中的一些规定泵的整体稳定性，并且在大多数情况下它们通过几种反复试验法计算出。

例如在挖掘机中看到的完全的液压负载检测系统本质上是复杂的模型。诸如引擎、液压泵、阀的部件、非特定负载动力学以及非特定操作者行为可以在复杂的负载检测系统中以多种方式造成不稳定。许多人已经以不同的方式面对这种情形。大多数人忽视了一些实际因素，例如负载检测控制轴面积的作用等。对于通常的负载检测系统，如果引擎速度被设定为恒定，输入至阀的操作者输入仅是输入至系统的外部输入或作用，其驱使整个系统的稳定性。负载的变化可以看作外部扰动。即使可以用公式表示对于整个系统一个输入的控制算法，但是将非常难以获得解析方案，因为所涉及的非线性动力学是复杂的。线性化的模型对于预测负载情形是足够好的，但是基于线性化的模型得出的控制作为在非特定负载条件下的非线性控制不是有效的。因此，本领域中需要一种解决这些缺陷的方式。

因此，本发明的目的在于证明基于非线性化模型的液压负载检测控制。

本发明的另一目的在于提供一种通过操作者命令和负载检测阀轴有效开口面积激励的液压负载控制。

这些或其他目的基于下面的说明书、附图以及权利要求对于本领域的普通技术人员将是清楚的。

发明内容

用于非线性应用的液压负载检测系统具有与操作者命令相关的第一子系统、与负载检测轴有效开口面积相关的第二负载系统以及与负载检测轴位移相关的第三子系统。用以稳定第一子系统的第一控制输入和用以稳定第二子系统的第二控制输入通过将反推控制应用于第一和第二子系统通过计算机来确定。

使用第一和第二控制以及第三子系统，通过计算机计算可行的负载检测面积。随后，计算机使用可行的负载检测面积以控制液压泵。

附图说明

图1是负载检测泵的侧面剖视图；

图2是负载检测系统的示意图；

图3是示出负载检测阀轴可变面积槽的图；

图4是对比泵源和负载压力的曲线；

图5是泵保护的相位图的曲线图；

图6是负载振荡条件下系统压力的曲线图；

图7是示出计算的负载检测阀轴面积的曲线图；

图8是示出操作者命令/阀的节流孔面积的曲线图；

图9是示出来自源的负载流的曲线图；

图10是示出可变极限压力的曲线图；和

图11是示出气缸位置的曲线图。

具体实施方式

参考图1，图中示出的是负载检测泵10的剖视图。泵10内包含伺服活塞12，该伺服活塞12可滑动地容纳在伺服活塞导向器14内。导向器14接合操作地连接至转子轴18的旋转斜盘16。与伺服活塞12相对并且另外与旋转斜盘16接合的是具有偏压弹簧22的偏压活塞20。

图2示出液压负载检测系统的示意图。电动机24连接至泵10。泵10传送至控制阀28并将来自罐26的流体加压至系统压力。作为示例，阀28是通过操作者输入控制的可变面积节流孔。设置补偿回路30，其包括压力限制补偿阀32和负载检测补偿阀34。系统还包括扭矩控制阀36，例如伺服活塞，其调节旋转斜盘16的位移。个人计算机38连接至所述系统。替换地，可以使用负载检测控制。

通过下来的微分方程描述液压系统的非线性模型。通过下式给出负载检测阀轴动力学：

其中，等于每单位面积的负载检测弹簧力，也被称为极限(margin)压力。压力控制阀轴动力学通过下式给出：

其中是设定为单位面积的力的压力控制弹簧设定，在本文后面将对它进行设计。旋转斜盘kit动力学由方程(3)给出。

T_mswash是泵活塞移动产生的旋转斜盘或摇晃力矩。我们使用制成表格的测试数据将该动力学解释成模拟结果。伺服进入和出去的伺服流量被限定为方程(8)：